بخشی از مقاله
چکیده
به منظور ساخت نانوکامپوزیت آلیاژی و دستیابی به پراکنش مناسب از مخلوط کن داخلی استفاده و ترکیب درصد PC و ABS، 25/75 درنظر گرفته شد. نانولوله کربنی در ترکیب درصدهای 0/5، 1 و 1/5 درصد وزنی به آلیاژ فوق افزوده شد. به منظور بررسی خواص ویسکوالاستیک از آزمون حرارتی-دینامیکی-مکانیکی و برای بررسی خواص رئولوژیکی از آزمون های رئومتری استفاده شد. بوسیله آزمون های رئومتری نشان داده شد که با افزایش میزان نانولوله منحنی مدول ذخیره مستقل از فرکانس خواهد شد. بمنظور بهبود خواص مکانیکی رفتار شبه سیال و شبه جامد نانو کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. بررسی دمای انتقال شیشه ای بدست آمده از آزمون دینامیکی مکانیکی صورت پذیرفت که کاهش اندک دمای انتقال شیشه ای با افزودن نانولوله توضیح داده خواهد شد.
کلمات کلیدی : نانوکامپوزیت PC/ABS/MWCNT، خواص رئولوژیکی ،DMTA
-1 واحد HD ، پتروشیمی مارون ، ماهشهر ، ایران ، MFayazi@MPC.ir -2 اداره کل بنادر و دریانوردی ، بندرامام خمینی ، ایران
مقدمه
یکی از بهترین دستگاهها برای اندازه گیری خواص ویسکو الاستیک، استفاده از میدان برشی نوسانی می باشد. که با دو روش می توان به ماده اعمال نمود:.1صفحات موازی: بیشتر برای مواد ویسکوالاستیک.2مخروط و صفحه : بیشتر برای محلولهای پلیمری در هر دو روش تغییر فرم ماده در برابر تغییرات سینوسی بررسی می شود. برای مواد ویسکوالاستیک از تقسیم تنش بر کرنش، مدول کمپلکس - رابطه - 1 بدست می آید ʹ . مدول ذخیره است که سهم جز الاستیک و وظیفه ذخیره انرژی را دارد و مدول اتلاف است که سهم جز ویسکوز و وظیفه اتلاف انرژی را دارا می باشد.[1]
بمنظور اندازه گیری دمای انتقال شیشه ای سه روش وجود دارد:.1اندازه گیری حداکثر مقدار ضریب میرایش در -T 2
.اندازه گیری حداکثر مقدار مدول اتلاف در -T .3اندازه گیری تغییرات ظرفیت حرارتی .مورد اول و دوم از آزمون DMTA و
مورد سوم از آزمون DSC بدست می آیند. البته مقادیر بدست آمده از دو آزمون با یکدیگر تفاوت داشته که به مقیاس زمانی مختلف اندازه گیری ها مربوط می گردد.[2] یکی از معتبرترین روش های اندازه گیری دمای انتقال شیشه ای استفاده از منحنی های بدست آمده از آزمون DMTA می باشد. که با افزایش دما تحرک زنجیرها بیشتر، سطح زیر منحنی مدول ذخیره ʹ و مدول اتلاف در حوالی دمای انتقال شیشه ای افزایش و ارتفاع پیک ضریب میرایی کاهش می یابد. ضریب میرایش از تقسیم مدول اتلاف بر مدول ذخیره بدست می آید.[1]
در این تحقیق تاثیر میزان نانولوله کربنی چنددیواره در آلیاژ PC/ABS بر خواص رئولوژیکی و دینامیکی مکانیکی بررسی شد.
مواد و روش تحقیق
.1مواد
پلی کربنات بایر آلمان ، ABS پتروشیمی تبریز و نانولوله کربنی چند دیواره نانوسیل بلژیک مورد استفاده قرار گرفت که مشحصات کامل در جدول 2و1 نمایش داده شده است.
.2 مخلوط کن داخلی
در این پژوهش از مخلوط کن داخلی 50 سی سی ساخت شرکت برابندر آلمان استفاده شد و ضریب پرشدگی را برابر 0/8 در نظر گرفتیم.
.3طیف سنج نوسانی رئولوژیکی
اندازه گیریهای رئولوژیکی توسط رئومتر دینامیکی مدل MCR301 با تنش - کرنش کنترل شده، ساخت شرکت آنتون پار آلمان با هندسه صفحات موازی با قطر 25 میلی متر و فاصله صفحات 1 میلی متر انجام گردید.
.4آنالیز مکانیکی دینامیکی
در این پژوهش از دستگاه DMA ساخت شرکت پرکین المر آلمان استفاده شد. بدین منظور بوسیله قالبگیری فشاری نمونه ها آماده شدند سپس آنها با نرخ 3°C/min از دمای 20 درجه تا 170 درجه سانتیگراد تحت آزمون قرار گرفتند.
.5روش تهیه نمونه
بمنظور اختلاط اجزا از مخلوط کن داخلی 50 سی سی استفاده شد. ترکیب درصد استفاده شده در این پژوهش، بصورت 75% جرمی پلی کربنات و 25% جرمی ABS می باشد. بدین صورت که در تمامی مراحل این ترکیب درصد ثابت و پلی کربنات همواره فاز پیوسته را تشکیل می دهد.سپس نانولوله با ترکیب درصدهای 0/5، 1 و 1/5 درصد جرمی به آلیاژ فوق اضافه شد. به منظور مقایسه داده ها، آلیاژی بدون نانولوله نیز تهیه شد. تمامی نمونه ها، بصورت همزمان به مخلوط کن اضافه و زمان اختلاط برای تمامی آنها، 12 دقیقه می باشد. دما و دور مخلوط کن نیز بترتیب 230 درجه سانتیگراد و 50 دور بر دقیقه تنظیم شد.
نتایج و بحث
شکل 1، تغیرات مدول ذخیره، مدول اتلاف و ویسکوزیته کمپلکس بر حسب فرکانس را برای درصدهای مختلف نانولوله نشان می دهد. بررسی نتایج آزمون رئومتری نانوکامپوزیت PC/ABS/MWCNT نشان می دهد که با افزایش مقدار نانولوله به سیستم، مدول ذخیره، مدول اتلاف و ویسکوزیته مختلط آن افزایش می یابد. این افزایش، بویژه در فرکانس های پایین، بسیار چشمگیر است. در این محدوده فرکانسی، با افزایش میزان نانولوله، مدول ذخیره نسبت به فرکانس وابستگی نشان نداده و رفتار غیر انتهائی مشاهده می شود - شکل-1الف - که نشاندهنده ایجاد ساختاری الاستیک می باشد. این رفتار را می توان به پراکنش مناسب نانو در سیستم نسبت داد. همچنین با افزایش میزان نانولوله شاهد افزایش ویسکوزیته در فرکانسهای پایین هستیم - شکل -1د - . این موضوع نشاندهنده ایجاد شبکه ای سه بعدی الاستیک می باشد.[3] همچنین با افزایش درصد نانولوله افت منحنی ویسکوزیته مختلط بر حسب فرکانس افزایش می یابد. با افزایش میزان نانولوله علاوه بر تشکیل پیوندهای فیلر-پلیمر، پیوندهای فیلر-فیلر شکل خواهدگرفت. که با افزایش فرکانس پیوندهای بیشتری شکسته شده و منحنی ویسکوزیته افت بیشتری خواهد داشت.توجه به شکل 1 نشان می دهد که با افزایش میزان نانولوله، افزایش مدول ذخیره بسیار بیشتر از مدول اتلاف می باشد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است در قسمت الف - بدون نانولوله - همواره رفتاری شبه مایع مشاهده می شود ولی با افزایش 0/5، 1 و 1/5 درصد نانولوله به سیستم بترتیب تا 1، 8 و Hz 100 رفتاری شبه جامد مشاهده شد. در فرکانسهای پایین، تغییر رفتار از حالت شبه سیال به حالت شبه جامد وجود دارد. [4]ایجاد رفتار شبه جامد نتیجه تشکیل شبکه های فیزیکی است. با افزایش درصد نانولوله، برهمکنشهای نانو-نانو افزایش می یابد و شکلگیری یک شبکه الاستیک، تضمین کننده خواص مکانیکی مناسب خواهد بود.
شکل 3 الف تغییرات مدول ذخیره را بر حسب دما نشان می دهد. با اضافه کردن نانولوله به سیستم، در دماهای پایین، تغییری در منحنی مشاه ده نمی شود. ولی با افزایش دما به بالای دمای انتقال شیشه ای، افت شدیدی در منحنی مشاهده می شود. که با افزایش میزان بارگذاری نانولوله، افت کمتر شده است. این اثر بعلت شکل گیری شبکه ای از زنجیرهای نانولوله- پلیمر می باشد.
با افزایش میزان نانولوله، شبکه ای الاستیک شکل خواهد گرفت که با نتایج آزمون رئومتری همخوانی دارد. شکل گیری این شبکه، سهم الاستیک سیستم را افزایش داده و باعث کاهش ارتفاع پیک می شود. با افزودن نانولوله به سیستم، با کاهش دمای انتقال شیشه ای روبرو هستیم. مطابق شکل 3 ب و ج این کاهش، چشمگیر نمی باشد. این نتیجه با یافته های کاستیلو و
